糧倉無線溫濕傳感器系統(tǒng)的設計

遼寧工程職業(yè)學院 翟瑤

糧倉無線溫濕傳感器系統(tǒng)的設計

遼寧工程職業(yè)學院 翟瑤

本文設計的糧倉無線溫濕度傳輸系統(tǒng)主要由溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊、無線傳輸模塊、USB傳輸模塊、上位機（PC機）數(shù)據(jù)處理模塊、上位機之間通信模塊等部分組成。這一無線溫濕傳感器系統(tǒng)可以對糧倉的溫濕度實現(xiàn)實時監(jiān)控。

無線傳輸；糧倉監(jiān)控

1 引言

中國的耕地占世界的7%左右，養(yǎng)活的人口占世界22%。糧食作為我國重要的戰(zhàn)略資源，是國民經(jīng)濟的基礎，是關系到國計民生的大事。因此，糧食的安全、質(zhì)量與數(shù)量關系到國民社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展的大局。做好糧食儲備工作，保證糧食的供求平衡和國家糧食安全具有重大的意義。為此設計了糧倉溫濕度傳輸系統(tǒng)，以保證糧食倉儲的安全。

2 系統(tǒng)整體設計

本文論述設計的糧倉無線溫濕度傳輸系統(tǒng)主要由溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊、無線傳輸模塊、USB傳輸模塊、上位機（PC機）數(shù)據(jù)處理模塊、上位機之間通信模塊等部分組成，如圖1所示。其中溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊采用數(shù)字溫濕度傳感器，下節(jié)點的單片機可通過I2C總線實現(xiàn)溫濕度信號采集和傳輸操作。無線傳輸模塊采用發(fā)送芯片F(xiàn)05C和接收芯片J04E，數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼器或譯碼器后以無線方式傳輸。上節(jié)點模塊可對若干個溫濕度傳感器傳上來的數(shù)據(jù)進行處理、控制并通過USB芯片CH372將數(shù)據(jù)上傳到上位機中進行處理。上位機使用VB編程語言編寫數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)收發(fā)、保存、顯示等程序模塊。

圖1

3 系統(tǒng)結構的設計

3.1 無線傳輸模塊

主節(jié)點和從節(jié)點都配有無線傳輸模塊，無線傳輸模塊由發(fā)送部分和接收部分組成。以現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送為例，發(fā)送部分如圖2所示，通過溫濕度傳感器采集到溫度濕度數(shù)據(jù)傳送到單片機，通過編碼芯片PT2262編碼后通過F05C芯片發(fā)送出去。

圖2 發(fā)送模塊

以現(xiàn)場數(shù)據(jù)接收為例，接收部分如圖3所示。利用J04E接收到的信號經(jīng)過解碼器PT2272解碼后傳給單片機，LCD用于顯示測量結果，然后通過USB控制芯片傳送到上位機。

圖3 接收模塊

3.2 USB傳輸模塊

在USB傳輸模塊中，本系統(tǒng)采用了南京沁恒生產(chǎn)的USB控制芯片CH372。該芯片可以和單片機連接，利用并口傳送數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)按照USB總線協(xié)議發(fā)送給上位機。因此，該部分以CH372為核心設計硬件電路并編寫主節(jié)點固件程序和上位機的驅動程序。

3.3 CAN總線

CAN總線是現(xiàn)場總線的一種，現(xiàn)在大量應用于汽車、工業(yè)生產(chǎn)、樓宇安全等各個領域中[1]。本文選擇CAN總線網(wǎng)絡作為上位機的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，簡單易行，開發(fā)成本低廉。為了將CAN總線引入到上位機系統(tǒng)中，本文選擇了SJA1000芯片設計了CAN-RS232轉換電路。該電路可以借助PC機的RS232通信接口，將PC機中的數(shù)據(jù)或命令從PC機中發(fā)出，然后，再將PC機發(fā)出的數(shù)據(jù)按照CAN總線協(xié)議發(fā)送給其他PC機，即可實現(xiàn)上位機通信。

4 系統(tǒng)軟件設計

4.1 下位機主程序設計

本系統(tǒng)采用軟件模塊化編程，下位機軟件主要分為從節(jié)點程序模塊：4路溫度采集模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊模塊；主節(jié)點程序模塊：USB上傳數(shù)據(jù)模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊模塊、LCD顯示模塊。下位機主程序工作流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4.2 上位機程序開發(fā)

上位機主要完成兩個方面的工作：一是和下位機通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和處理；二是PC之間通信以及將各處糧倉的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機。

（1）收發(fā)數(shù)據(jù)和命令

下位機將數(shù)據(jù)通過USB接口傳送到上位機后，上位機需要進行數(shù)據(jù)處理；另外，上位機也可以通過界面按鈕向下位機發(fā)出命令，請求倉庫某個節(jié)點發(fā)送該點溫度信號[2]。

（2）數(shù)據(jù)處理

糧倉溫度傳送系統(tǒng)一般需要將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行存儲并顯示在界面上。本系統(tǒng)的主要工作在于數(shù)據(jù)傳送，因此，在本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理只是簡單處理，即將數(shù)據(jù)存在一個文件中并在界面上以圖文方式顯示出來。

5 結論

本系統(tǒng)以89S51為核心部件，利用硬件分布式設計、軟件模塊化編程。通過傳感器對糧倉溫濕度數(shù)據(jù)進行采集，然后經(jīng)過無線傳輸，傳送到上節(jié)點接端，接收端通過USB口把數(shù)據(jù)傳送到上位機進行處理，并在接收端或上位機進行顯示以及上位機數(shù)據(jù)通信和處理。對信號的采集、轉換和傳輸盡量做到硬件電路簡單、穩(wěn)定，受外界環(huán)境或電磁影響較小，充分利用軟件編程的優(yōu)勢，從而使元器件精度不夠而導致的誤差大大減小。

[1]張培仁.CAN總線設計及分布式控制.第1版[M].北京：清華大學出版社,2012.

[2]薛春燕.基于USB接口的計算機信息采集系統(tǒng)的研究與設計[D].大連海事大學碩士學位論文,2006.

翟瑤，女，1987年出生，遼寧鐵嶺人，本科，研究方向：工業(yè)控制、建筑工程。